3D-Scan eines Saugrohres

3D-Scan eines Saugrohres

Bei diesem Auftrag sollten wir für eine Revision die Geometrie des Saugrohres eines Wasserkraftwerkes mit dem 3D-Scanner bestimmen. Vorab hat mir der Kunden Fotos geschickt, die es klar machten, dass ich neben dem 3D-Scanner noch weiteres Equipment benötigt werden.

Der Plan

HandyScan Black | Elite
HandyScan Black | Elite
  • Für den 3D-Scan setzen wir unseren HandyScan Black | Elite ein
  • Reinigen des Rohrs vor dem 3D-Scann
  • Trocknen des Rohrs mit einem Propangasbrenner
  • Anbringen der Targets für den 3D-Scanner
  • Mit dem Deckenkahn lasse ich mich in das Saugrohr ab
  • Der Industrieklettergurt sorgt für eine bequeme Sicherung
  • Eine Wathose aus dem Angelshop sorgt dafür, dass ich nicht nass werde
  • Damit ich mich besser bewegen kann, habe ich einen alten Besen in der Hand, den ich als Paddel und Stock verwenden kann.
  • In der anderen Hand habe ich meinen Scanner, mit einer Handschlaufe gesichert.

Kann das Funktionieren und wie lange hat diese Aktion gedauert?

Wie in den meisten Fällen hat die Vorbereitung die meiste Zeit in Anspruch genommen. Von der Reinigung des Rohres, über das abtrocknen, bis alle Targets auf dem Rohr geklebt waren sind ca. 3 Stunden vergangen.

Der 3D-Scann war in 30min erledigt.

Sicherheit

In einer solchen Situation benötigt man immer zwei Personen und das schon aus Sicherheitsgründen. Landet man aus nicht vorhergesehenen Gründen im Saugrohr kommt man aus eigener Kraft nicht mehr heraus. Weiterhin wird die zweite Person benötigt, die den Kran zu bedienen und ein Feedback gibt, was sich auf dem Laptop tut.  Ich hatte erst überlegt das Handy und den Scanner mit nach untern zu nehme, habe mich dann aber für den Besen entschieden, da mir diese mehr Sicherheit vermittelte. Außerdem ist der Schaden geringen, wenn der Besen ins Wasser fällt.

Das Ergebnis des 3D-Scans

Nach dem 3D-Scan erzeugen wir aus diesen Daten drei Dateien, die an den Kunden übergeben werden. Diese nutzt der Kunde für die weiter Bearbeitung in seinen Systemen.

Die 3D-Scandaten

Diese Daten werden im STL Format ausgerichtet an den Kunden übergeben. Diese STL kann der Kunden entweder in sein CAD-System laden oder mit verschieden kostenfreien Viewern betrachten.

3D-CAD Daten

Aus den Scandaten erstellen wir ein 3D-Modell, dass der Kunden dann entweder in einem neutralen Format wie STEP, Parasolid, IGES oder ACIS bekommt. Alternativ können wir die CAD Daten auch nativ mit Feature Tree an den Kunden übergeben.

Qualitätssicherung

Damit es einfacher ist die Qualität der Daten zu beurteilen erhält der Kunde noch einen 3D-Qualitätsbericht an dem er erkennen kann an welchen Stellen die Scandaten von den modellierten CAD abweichen.

Weiche Formspannbacken

Weiche Formspannbacken

Meiner Erfahrung nach wird in der Fertigung ein erheblicher Teil der Zeit darauf verwendet Werkzeuge, Lehren und Spannzeuge herzustellen. Das kann sehr viel effektiver mit dem 3D-Drucker und dem 3D-Scanner erlegigt werden.

Wenn Ihr keine 3D-Scanner und auch keine Drucker anschaffen wollt, kann ich das auch für euch erledigen.

3D-Scan vom Werkstück

Der einfache Fall Spannbacken mit einem Schnitt erstellen

Wenn Ihr Bauteile spannen müsst, die keine Ebenen Flächen haben, bietet es sich an das per 3D-Scan und 3D-Druck zu erledigen. Wenn die Kontur nicht zu komplex wird, könnt Ihr das direkt mit den Funktionen von SOLIDWORKS erstellen.

Dabei sieht der Ablauf wie folgt aus.

  1. Ihr erfasst das Bauteil mit dem 3D-Scanner
  2. Ihr richtet das gescannte Bauteil aus
  3. Die Spannbacken und das gescannte Bauteil werden in eine Baugruppe geladen und das Werkstück wir so zu den Spannbacken Positioniert, wie es später auch gespannt werden soll
  4. Ihr speichert die Baugruppe als Teil ab
  5. Mit dem Befehl Abscheiden wird im SOLIDWORKS eine Skizze aus dem Netz erzeugt.
  6. Mit dieser Skizze wird ein Schnitt durchgeführt und auf den Spannbacken entsteht eine Kontur, die sich präzise am das Werkstück anpasst.
  7. Die Spannbacken werden mit dem 3D-Drucker gedruckt und schon kann es losgehen.
3D-Scan und Spannbacken im SOLIDWORKS
Spannbacken nach dem Ausschnitt

Der komplizierte Fall – Eier spannen

Im medizinischen Bereich werdet ihr häufig auf Komponenten stoßen, die nur noch aus Freiformflächen bestehen. Diese zu spannen ist eine große Herausforderung. Festkleben oder Vereisen sind sehr aufwändig.

Aber auch hier hilft euch die Kombination aus 3D-Druck und 3D-Scan weiter.

In diesem Fall gehen ich wie folgt vor.

  1. Wie auch im einfachen Fall, erfasst Ihr das Bauteil mit dem 3D-Scanner
  2. Dann erzeugt Ihr im Design X oder im Wrap oder im VX Model ein Volumenmodel durch anpassen von Nurbsflächen. Das geschieht bei einem gutem Scan automatisch
  3. Dieses Volumenmodel nutzt Ihr, um es von den Spannbacken abzuziehen.

Und schon habt Ihr eine perfekte Spannvorrichtung.

3D-Scan und Spannbacken im Design X
Spannbacken nach dem Abziehen des Werkstücks

Welcher Drucker eignet sich dafür?

Zum probieren kann man sicher einen Versuch mit PLA machen. Besser geeignet sind Materialien, die stabiler sind. Im Prosumer Bereiche gibt es eine Reihe von Druckern, die Nylon mit Carbon anteil verarbeiten können. Besser geeignet sind die Drucker von Markforged, Anisoprint, T9 Labs aus de Schweiz und Desktop Metal. Die legen in die Kunststoffmatrix einen kontinuierliches Carbon Filament ein und erreichen damit hervorragende Festigkeitskennwerte.

Messtechnik bei sehr großen Bauteilen

Messtechnik bei sehr großen Bauteilen

Vergleich SOLL / IST

Wenn Ihr Bauteile bearbeiten müsst, die sehr groß sind ist bereits der Rohling sehr teuer. Wenn es sich dabei um ein Guss teil handelt, ist es zwingend erforderlich das Bauteil dieses richtig auf der Maschine auszurichten. Meistens geschieht das mit Hilfe von einem Anriss auf den ausgerichtet wird. Bei modernen Maschinen kann die Lage des Bauteils direkt von der Maschine vermessen werden bevor der Bearbeitungsprozess startet. Wenn die Maschine das nicht kann, unterstütze ich euch gerne mit meiner mobilen Messtechnik und prüfe das vor Ort mit euch.

Anrisslinie
Anrisslinie
Gussteil mit Metra Scan
Gussteil mit Metra

Nachdem die Bearbeitung abgeschlossen ist, muss das Teil vor der Auslieferung nochmal geprüft werden ob auch alle Toleranzen eingehalten wurden. Mit meiner mobilen Messtechnik kann ich das sehr häufig noch tun, solange das Teil noch auf der Maschine gespannt ist oder auch bevor das Bauteil ausgeliefert wird.

Frästeil
3D-Scan
Vermessung

Zum vermessen von großen Bauteilen verwende ich einen Laserscanner und eine mobile Probe. Diese Vermessung hat den Vorteil, dass das Bauteil vollflächig erfasst wird und spätere Auswertung an den Scandaten vorgenommen werden können, nach dem das Bauteil euer Werk verlassen hat. Das kann wichtig sein um bei der Montage unterstützen zu können oder wenn nicht klar ist, wann und wo ein Schaden aufgetreten ist